JP7158097B2 - 放電ランプおよび放電ランプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ショートアーク型放電ランプなどの放電ランプに関し、特に、放電ランプの封止構造に関する。

ショートアーク型放電ランプなどでは、電極を封じた発光管の両端にガラス製の封止管が一体的に形成され、マウント部品が封止管内に封入されている。マウント部品では、電極支持棒が筒状ガラス管に挿通され、ガラス管によって保持される。また、柱状のガラス部材（ガラス棒）の表面に沿って金属箔が配置され、金属箔を通じて電極側に電力が供給される。電力の大きい放電ランプでは、金属リングなどの環状部材が電極支持棒に固定され、複数の金属箔を環状部材の外周面に溶接する（特許文献１参照）。

特開２００９－２３８６７１号公報

金属箔は硬くて幅方向に曲がりにくい性質がある。そのため、金属箔を環状部材に溶接したとき、軸方向に沿った箔の両縁付近がガラス部材外表面に沿わず、表面から浮いてしまう。このような状態でマウント部品を封止する、すなわちガラス製の封止管とガラス部材とを溶着させると、金属箔にシワ、ヨレが生じる。このシワ、ヨレは、封止部にクラックを生じさせる恐れがある。

したがって、ショートアーク型放電ランプなどにおいて、金属箔にシワなどが生じないようにマウント部品を封止することが求められる。

本発明の放電ランプは、発光管と一体的に形成された封止管内に設けられ、封止管と溶着する柱状ガラス部材と、封止管とガラス部材との間でランプ軸方向に延びる複数の金属箔と、複数の金属箔と外周面で接し、ランプ軸に沿って配置される電極支持棒と接続する導電性環状部材と、複数の金属箔を、少なくとも環状部材付近でガラス部材の表面に沿うように、環状部材の外周面で押し付ける環状の圧接部材とを備える。

圧接部材は、環状部材の外周面上において金属箔を押し付ける部材で構成することが可能である。例えば圧接部材は、金属箔を締め付ける、縛り付ける、あるいは、金属箔が周方向全体に渡り押し付けられるように強く巻き付けるような部材で構成することが可能である。また、圧接部材は、金属箔の少なくとも両縁付近で接する凹凸部を備えることができる。例えば、圧接部材が金属から成り、金属箔と溶接する。

適切に圧接させることを考慮すると、圧接部材において、ガラス部材の表面で金属箔を押し付ける領域の軸方向長さは、環状部材の軸方向長さの０．５～２．０倍の範囲にすればよい。また、圧接部材は、所定の金属箔と対向する箇所で重なり部分を設けるように構成してもよい。

一方、金属箔をガラス部材表面に沿うようにすることを考慮すると、金属箔の周方向に沿った幅は、以下の式を満たすように定めることができる。

Ｌ／２×ｓｉｎ（９０Ｌ／πＤ）≦１．２

ただし、Ｄ（ｍｍ）はガラス部材の直径、Ｌ（ｍｍ）は金属箔の幅を表す。特に、１．００ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下などにするのがよい。

本発明の一態様である放電ランプの製造方法は、柱状のガラス部材の表面に沿って複数の金属箔を周方向に配置し、金属箔を、電極支持棒と接する導電性環状部材の外周面に溶接し、複数の金属箔が少なくとも環状部材付近でガラス部材の表面に沿うように、環状の金属製圧接部材を、環状部材の外周面で複数の金属箔に溶接する。圧接部材は、金属箔を環状部材の外周面に向けて押し付け、金属箔は、マウント部品と封止管との溶着前の段階において、少なくとも環状部材付近において、ガラス部材の表面に沿うように変形する。

本発明の一態様である放電ランプの製造方法は、マウント部品の柱状ガラス部材に対し、接触させたときの浮高さが１．２ｍｍ以下となる複数の金属箔を用意し、金属箔を、マウント部品の導電性環状部材の外周面に溶接し、環状の金属製圧接部材を、環状部材の外周面で複数の金属箔に溶接する。ここで、「浮高さ」とは、平状の金属箔の幅方向中心がガラス部材に接したときの金属箔縁とガラス部材表面との垂直方向の距離を表す。浮高さが１．２ｍｍ以下となることによって、金属箔の縁は、マウント部品と封止管との溶着前の段階において、ガラス部材の表面に接近あるいは接触する。

本発明によれば、ショートアーク型放電ランプなどにおいて、金属箔にシワなどが生じないようにマウント部品を封止することができる。

本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。 金属箔および圧接部材の配置を表すマウント部品の平面図である。 圧接部材の溶接前の１枚の金属箔を示した図である。 図１の金属箔の端部付近の一部を示した断面図である。 金属箔の幅と、浮高さと、ガラス部材の直径との関係を示した図である。 圧接部材を金属箔に溶接する前の内側金属リングに沿った断面図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。

ショートアーク型放電ランプ１０は、石英ガラスから成る発光管１２内に陽極１４、陰極１６を対向配置させた放電ランプであり、発光管１２の両端には、石英ガラスの封止管２０、６０が対向するように一体的に形成されている。封止管２０、６０の両端は、口金８０Ａ、８０Ｂで塞がれている。

封止管２０、６０の内部には、陽極１４、陰極１６を支持するとともに、発光管１２内の放電空間１１を封止するパーツ（以下、マウント部品という）１８Ａ、１８Ｂがそれぞれ封入されている。マウント部品１８Ａは、円筒状の肉厚ガラス管（以下、ガラス管という）２４、柱状のガラス部材３４、複数の金属箔３６とを備える。マウント部品１８Ｂも同様の構成になっている。放電空間１１には、水銀および希ガスが封入されている。

封止管２０内には、陽極１４を支持する導電性の電極支持棒２２が、電極軸Ｅ（封止管軸）に沿って配置されている。電極支持棒２２は、ガラス管２４に形成された軸穴２４Ａに挿通され、ガラス管２４によって保持される。

一方、封止管端部側では、導電性のリード棒２８が、電極支持棒２２と対向するように配置されている。電極支持棒２２およびリード棒２８は、ガラス部材３４の両端に設けられた穴（凹み部分）３４Ａ、３４Ｂに軸挿され、ガラス部材３４は、電極支持棒２２およびリード棒２８を保持する。リード棒２８は、電源部（図示せず）と繋がった外部のリード線（図示せず）に接続されている。

ガラス部材３４の両端には、金属リング（環状部材）２６、３２がそれぞれ配置され、電極支持棒２２、リード棒２８は金属リング２６、３２の軸穴２６Ａ、３２Ａに溶接されている。発光管１２に近い金属リング（以下、内側金属リングという）２６は、ディスク状の円板箔４２、４４に挟まれており、他方の金属リング（以下、外側金属リングという）３２も同様に、ディスク状の円板箔（ここでは図示せず）に挟まれている。

内側金属リング２６と外側金属リング３２の間には、複数の帯状金属箔（例えばモリブデン箔）３６がガラス部材３４の外表面に沿ってランプ軸Ｅの方向に延び、その両端は、内側金属リング２６、外側金属リング３２の外周面２６Ｓ、３２Ｓに溶接されている。外側金属リング３２は、リード棒２８と金属箔３６とを電気的に接続させ、内側金属リング２６は、金属箔３６と電極支持棒２２とを電気的に接続させる。これにより、電源部と接続するリード棒２８から陽極１４へ電力が供給される。

内側金属リング２６の外周面２６Ｓ上には、金属の環状圧接部材５０が設けられている。環状圧接部材５０は、金属箔３６をガラス部材３４の外表面に沿わせるように、金属箔３６をガラス部材３４に向けて押し付けていて、金属箔３６の端部をガラス部材３４（内側金属リング２６）に締め付けている。すなわち、圧接部材５０は、ガラス部材３４、内側金属リング２６の周囲を覆うような部材ではなく、金属箔３６をガラス部材３４の外表面側に向けて付勢する部材として構成される。

図２は、金属箔３６および圧接部材５０の配置を表すマウント部品１８Ａの平面図である。ここでは、封止管２０を封止する前のマウント部品１８Ａを軸方向から見た図を示している。ただし、金属箔３６および圧接部材５０の厚さを誇張して描いている。また、金属箔３６の軸方向両縁３６Ｋ１、３６Ｋ２は、実際にはナイフエッジ状に先細くなっている。

金属箔３６は、６枚の同じ幅をもつ金属箔から成り、ガラス部材３４の周方向に沿って互いに所定間隔離れて配置されている。ここでは、６枚の金属箔３６は軸Ｅに関して対称的配置であることから、金属箔３６は等間隔で周方向に配置されている。

圧接部材５０は、ガラス部材３４（内側金属リング２６）の略一周分の周長さを有し、重なり部分５０Ｔを設けたリング状の金属部材によって構成されている。ここでは、圧接部材５０は金属箔から成る。圧接部材５０は、内側金属リング２６の外周面２６Ｓ上で金属箔３６と溶接している。

図３は、圧接部材５０の溶接前の１枚の金属箔３６を示した図である。金属箔３６は、フラットな帯状金属であり、硬くて幅方向に曲がりにくい。このような金属箔３６をガラス部材３４の外表面に置くと、接触部分から離れるほど、ガラス部材３４と金属箔３６との間に隙間ΔＴが生じる（以下では、浮高さという）。また、金属箔３６の幅Ｌが長くなるほど、浮高さΔＴも大きくなる。

圧接部材５０は、内側金属リング２６の外周面２６Ｓおよびその付近において、ガラス部材３４の周方向に沿うように金属箔３６を曲げ、金属箔３６がその幅Ｌ全体に渡ってガラス部材３４と接触させるように力を作用させる。

図４は、図１の金属箔３６の端部付近の一部を示した断面図である。

圧接部材５０は、軸方向幅Ｔを有し、その周方向に沿った両縁５０Ｅ１、５０Ｅ２はそれぞれガラス部材３４とガラス管２４の表面上に位置する。すなわち、圧接部材５０は、ガラス部材３４、内側金属リング２６、ガラス管２４に跨ってランプ軸方向に延びている。なお、図４では、圧接部材５０、円板箔４２、４４、金属箔３６の厚さを誇張して描いており、ガラス部材３４と内側金属リング２６及びガラス管２４の外径を略同じにしてもよい。

金属箔３６がガラス部材３４の外表面で圧接部材５０に押さえつけられている領域の軸方向長さ（以下、圧接長さという）Ｊは、内側金属リング２６の厚さ（軸方向長さ）ＲＴの０．５～２．０倍の範囲に定められている。０．５倍より小さいと、ガラス部材３４の表面上で金属箔３６を十分押し付けることができず、一方、２．０倍を超えると、ガラス部材３４と封止管２０との溶着面積が減少して封止構造の信頼性に影響する。

圧接部材５０の裏面には、金属箔３６の端部３６Ｔ、特に両縁３６Ｋ１、３６Ｋ２付近との接触箇所に凹凸部が形成されている。ここでは、エンボス加工を施すことによって圧接部材５０の裏面（および表面）に凹凸が形成されている。なお、それ以外の裏面（および表面）部分に凹凸を形成してもよく、凹凸はエンボス加工に限らない。

金属箔３６は、電力（電流値）に従うため、その幅Ｌを極端に短くすることはできない。その一方で、金属箔３６の浮高さΔＴを抑えるような幅Ｌにすることが求められる。金属箔３６の幅Ｌは、この浮高さΔＴの許容範囲と、ガラス部材３４の直径Ｄとの関係で定めることが可能である。

図５は、金属箔の幅Ｌと、浮高さΔＴと、ガラス部材３４の直径Ｄとの関係を示した図である。θ”≒θ／２、ｓｉｎ（θ／２）≒ΔＴ÷（Ｌ／２）とみなすと、浮高さΔＴは、以下の式で表すことができる。ただし、図５の符号３６’は、仮想的な金属箔３６の位置を表す。

ΔＴ＝Ｌ／２×ｓｉｎ（９０Ｌ／πＤ） ・・・・・（１）

この浮高さΔＴは、１．２以下であることが経験的に導出される。したがって、以下の式を満たすようにガラス部材３４の直径Ｄに対する金属箔３６の幅Ｌが定められる。ただし、ガラス部材３４の直径Ｄは１５≦Ｄ≦３５の範囲（ｍｍ）を満たすものとする。

Ｌ／２×ｓｉｎ（９０Ｌ／πＤ）≦１．２ ・・・・・（２）

図６は、圧接部材５０を金属箔３６に溶接する前の内側金属リング２６に沿った断面図である。図６を用いて、放電ランプの製造方法について説明する。なお、図６では、圧接部材５０と金属箔３６との隙間を誇張して描いている。

柱状のガラス部材３４の表面に沿って複数の金属箔３６を軸方向に配置し、金属箔の端部３６Ｔを、電極支持棒２２が軸挿される内側金属リング２６の外周面２６Ｓに溶接する。そして、圧接部材５０を内側金属リング２６の外周面２６Ｓに沿って金属箔３６に溶接する工程を行う。

圧接部材５０を金属箔３６に溶接するとき、各金属箔３６に対して少なくとも１か所スポット溶接を行う（矢印参照）。一方、圧接部材５０の重なり部分５０Ｔに対向する金属箔３６に対しては、両端で１～２か所以上のスポット溶接を行う。このように溶接して金属箔３６を圧接部材５０で締め付ける。圧接部材５０と内側金属リング２６との間で直接溶接してもよいが、製造効率化のために行わなくてもよい。

圧接部材５０と金属箔３６との溶接を終えると、封止工程へ進む。封止管２０は、封止工程時にガスバーナーなどで熱せられることによって縮径し、ガラス管２４、ガラス部材３４と溶着する。このような作業を経て、放電ランプが製造される。

このように本実施形態によれば、複数の金属箔３６を柱状のガラス部材３４の外表面にランプ軸方向に沿って配置し、電極支持棒２２と接続する内側金属リング２６の外周面２６Ｓに金属箔３６を溶接させた放電ランプ１０において、環状の圧接部材５０が、内側金属リング２６の外周面２６Ｓ上およびその付近において、金属箔３６を内側金属リング（ガラス部材）の中心側に向けて押し付け、締め付けている。

このような圧接部材５０の設置により、金属箔３６のガラス部材３４の外表面からの浮きを抑えることができる。その結果、封止時に金属箔３６の少なくとも端部３６Ｔにシワ、ヨレが生じるのを防ぐことができる。特に、金属箔３６の軸方向両縁３６Ｋ１、３６Ｋ２（図２参照）は、実際にはナイフエッジ状に先細くなっている。そのため、圧接部材５０によって浮きの発生を抑えることで、ナイフエッジ状部分がガラス部材３４の表面に沿った封止ができる。

また、金属箔３６の両縁３６Ｋ１、３６Ｋ２は、圧接部材５０に形成された凹凸部と接触する。これによって、金属箔３６の両縁３６Ｋ１、３６Ｋ２を強く押し付けることができ、金属箔３６の浮きを確実に抑えることができる。また、上記（２）式によって、ガラス部材３４の直径に対して金属箔３６の幅Ｌが必要以上に長くなることがなく、浮高さを低くすることができる。

なお、金属箔３６の枚数は６枚に限定されず、それ以上あるいはそれ以下の数にしてもよい。この場合、金属箔３６の熱容量と封止の際の溶着面積を考慮して、金属箔３６の厚さと枚数とを調整すればよい。また、圧接部材５０を、ガラス部材３４（内側金属リング２６）の略一周分の周長さとしたが、二周分や三周分としてもよく、複数周で押し付けることもできる。

本実施形態の放電ランプが有効であることを示すため、ガラス部材の直径および金属箔の幅が異なるショートアーク型放電ランプ（実施例１、実施例２）と、従来のショートアーク型放電ランプ（比較例）とを製造し、金属箔（の端部）のシワ、ヨレ発生の比較実験を行った。シワ、ヨレの発生については、目視による確認実験を行った。表１は、比較例１と、実施例１、実施例２の結果を示している。

表１に示すように、比較例では金属箔端部にシワ、ヨレが発生したが、実施例１、２では発生しなかった。

１０ 放電ランプ
２０ 封止管
２６ 内側金属リング（環状部材）
３４ ガラス部材
３６ 金属箔
５０ 圧接部材

Claims (7)

1. 柱状ガラス部材と、前記ガラス部材の表面に沿って延びる複数の金属箔と、前記複数の金属箔と外周面で接し、電極支持棒と接続する導電性環状部材と、前記複数の金属箔を、少なくとも前記環状部材付近で前記ガラス部材の表面に沿うように、前記環状部材の外周面で押し付ける環状の圧接部材とを備えたマウント部品が、発光管と一体的に形成された封止管内に封入されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 柱状ガラス部材と、
   前記ガラス部材の表面に沿って延びる複数の金属箔と、
   前記複数の金属箔と外周面で接し、電極支持棒と接続する導電性環状部材と、
   前記複数の金属箔の少なくとも両縁付近で接する凹凸部を有し、前記複数の金属箔が少なくとも前記環状部材付近で前記ガラス部材の表面に沿うように、前記環状部材の外周面で、前記複数の金属箔を前記ガラス部材の表面に向けて付勢する環状の圧接部材とを備え、
   前記圧接部材により前記ガラス部材の表面に向けて前記複数の金属箔が付勢されている前記ガラス部材が、発光管と一体的に形成された封止管内で前記封止管と溶着していることを特徴とする放電ランプ。
3. 前記圧接部材において、前記ガラス部材の表面で前記金属箔を押し付ける領域の軸方向長さは、前記環状部材の軸方向長さの０．５～２．０倍の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
4. 前記圧接部材は、所定の金属箔と対向する箇所で重なり部分を設けていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
5. 前記金属箔の周方向に沿った幅が、以下の式を満たすように定められることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電ランプ。
   
   Ｌ／２×ｓｉｎ（９０Ｌ／πＤ）≦１．２
   
   ただし、Ｄ（ｍｍ）はガラス部材の直径、Ｌ（ｍｍ）は金属箔の幅を表す。
6. 前記圧接部材が金属であって、
   前記圧接部材が、前記金属箔と溶接していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放電ランプ。
7. 柱状のガラス部材の表面に沿って複数の金属箔を周方向に配置し、
   前記金属箔を、電極支持棒と接する導電性環状部材の外周面に溶接し、
   前記複数の金属箔が少なくとも前記環状部材付近で前記ガラス部材の表面に沿うように、環状の圧接部材を、前記環状部材の外周面で前記複数の金属箔に対して押し付け、
   前記金属箔の配置、前記金属箔の前記環状部材外周面への溶接、前記圧接部材の前記複数の金属箔に対する押し付けを経て成形されたマウント部品を、発光管と一体的に形成された封止管内に封入する
   ことを特徴とする放電ランプの製造方法。
   

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